CN102843045B - 启动、充电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种启动、充电装置，用于实现装备快速启动和在野外条件下对蓄电池进行充电，其包括启动装置和充电装置，所述启动装置输入外部三相交流电，控制耦合于启动装置上的待启动设备；所述充电装置输入外部三相交流电，控制耦合于充电装置上的蓄电设备；三相交流电经三相整流电路成直流后传送至DC/DC高频变换电路，通过该DC/DC高频变换电路转换和经PWM调节控制电路降压、整流滤波后提供给待启动设备；启动装置能够取代充电发电机向车辆等装备的启动系统供电，能够应用于不同功率、不同容量的待启动装备，改进了现有技术单一的对应关系；充电装置能够自动识别充电蓄电池的电压是12V或者24V，从而输出相应的充电电压。

Description

启动、充电装置

技术领域

 本发明属于机电、电气的控制技术领域，具体涉及一种启动、充电装置，其主要应用于拖车电站，实现装备快速启动和在野外条件下对蓄电池进行充电。

背景技术

向车辆等装备的启动系统供电的大都是充电发电机，其转换能量过程繁杂技术落后，已逐渐被取代；

而当前在启动装置中应用的变换电路中的IGBT逆变器的开关性能差劲、通态损耗较大、工作不稳定、功率小，及尺寸重量都比较大，显得笨重携带不方便、移动困难等缺点；

且其IGBT逆变器未能和微机形成控制组合，其技术的对应关系也比较单一，从而不能应用于不同功率、不同容量的带启动装置的设备；

另外当前市场上的启动装置仅仅适用于向车辆的电启动装置供电，不能在车辆的发动机停止其间做为外电源向车辆的电气系统供电及作为车辆启动及操作训练时的专用电源使用。

在当前的充电装置中，对蓄电设备进行充电时需要有恒压、恒流、涓流浮充、充满电后自动停止及抗短路的功能特性，但实际应用当中大都未能实现，技术繁琐；

由其是不能自动检测充电电压、电流的信息情况，也不能针对各种不同的蓄电设备进行自动切换和充电；

另外现有的充电装置当中的整体电路板大都因潮湿而损坏的机率很大，防腐蚀性能差，抗振动性能欠佳。

发明内容

本发明的目的在于解决上述中存在的技术问题而提供一种启动、充电装置，主要实现装备快速启动和在野外条件下对蓄电池进行充电，其启动装置是将三相交流电转换为装备所需的直流电，取代充电发电机向车辆等装备的启动系统供电，能够应用于不同功率、不同容量的待启动装备，改进了现有技术单一的对应关系；其充电装置在充电时能够根据本行业设备直流电源为DC12V/24V两种不同的电压等级，自动识别充电蓄电池的电压是12V或者24V，从而输出相应的充电电压，实现对12V/24V直流电源充电的通用化。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种启动、充电装置，用于实现装备快速启动和在野外条件下对蓄电池进行充电，其包括启动装置和充电装置，所述启动装置输入外部三相交流电，控制耦合于启动装置上的待启动设备；

所述充电装置输入外部三相交流电，控制耦合于充电装置上的蓄电设备，所述的启动装置包括通过断路器QF连接在三相交流电输入端的浪涌抑制电路、三相整流滤波电路、DC/DC高频变换电路、PWM调节控制电路、驱动电路、及电源保护电路；

所述的充电装置包括交流滤波电路、整流滤波电路、DC/DC变换电路、第一直流滤波电路、UC稳压电路、电压反馈电路、二次斩波电路、第二直流滤波电路及单片机控制电路，外部电源依次经过交流滤波电路、整流滤波电路、DC/DC变换电路、第一直流滤波电路、二次斩波电路、第二直流滤波电路为蓄电池输出充电，UC稳压电路控制输出至DC/DC变换电路，经第一直流滤波电路还与电压反馈电路相连通，UC稳压电路再与电压反馈电路相连接构成闭环回路，第一直流滤波电路连接于单片机控制电路为其提供工作电源，所述的启动装置中，三相交流电经三相整流滤波电路成直流后传送至DC/DC高频变换电路，通过该DC/DC高频变换电路将直流转换成25KHz高频脉冲方波输出，PWM调节控制电路和驱动电路对DC/DC高频变换电路控制进行降压传输，经该PWM调节控制电路传输降压后，再经整流滤波电路的整定传输至输出端提供给待启动设备；

所述的充电装置中，还具有用于检测、判定蓄电设备电压的电压采样电路，其输入端连接于该充电装置输出端，将采集的电压数据传输至单片机控制电路进行分析处理，再将分析处理的数据传送至二次斩波电路控制其输出；在第二直流滤波电路输出端连接有输出采样电流电路，再将采集的输出电流数据传输至单片机控制电路进行分析处理，再将分析处理的数据传送至二次斩波电路控制其输出；在单片机控制电路上连接有过压、短路保护电路。

所述的启动装置中的DC/DC高频变换电路其一端连接有温控电路，该温控电路的输出端与启动风机相连接。

所述的PWM调节控制电路上依次连接有状态控制转换电路和电流电压采样电路。

所述的充电装置内部的电路板采用环氧树脂灌封。

所述的充电装置通过电压采样电路检测采集蓄电设备的电压再送入单片机控制电路来判定是12V或者24V，并控制电路输出所需的电压，当蓄电设备的电压为12V电压时，该充电装置以13.8V的恒压输出充电；

当蓄电设备的电压为24V电压时，该充电装置以27.6V的恒压输出充电。

所述的充电装置包括如下状态进行充电：

（1）恒流快充

当被充蓄电设备的电压低于设定值，即12V蓄电设备的电压<12V或者24V蓄电设备的电压<24V时，充电装置以最大的恒定的电流对蓄电设备进行快速充电；

（2）限流

当被充的蓄电设备接近充满时，即12V蓄电设备的电压≥12V或者24V蓄电设备的电压≥24V时，充电流自动进行限制；

（3）涓流浮充

当被充的蓄电设备的电压达到浮充设定值时，即12V蓄电设备约为13.8V或者24V蓄电设备约为27.6V时，则自动转为浮充状态，即以0.1—0.2A的电流进行充电；

（4）停充

当蓄电蓄电设备的电压达到充盈设定值，即12V蓄电设备的电压为14V或者24V蓄电设备的电压为28V时，充电装置则自动关断充电输出。

所述的充电装置的电压检测电路内部设有两个电压比较器，充电电压经分压电阻进行分压反馈。

本发明的积极效果：

启动装置将三相交流电转换为装备所需的直流电，取代充电发电机向车辆等装备的启动系统供电，其优点在于启动装置的逆变主电路采用开关性能优良通态损耗小工作可靠的大功率IGBT作为逆变器件，高频变压器采用铁氧体，性能优良稳定，降低IGBT逆变器的尺寸、重量，最大限度降低能耗，，体积小、重量轻技术特性先进、且可以移动使用方便。

本行业的设备直流电源为DC12V/24V两种，根据不同的电压等级，需要不同的充电器，为此我们研发了该系统，自动识别12V/24V不同电压，从而输出相应的充电电压，即实现了本行业的直流电源12V/24V通用化问题，经使用，该系统性能可靠，工作稳定，且该充电装置专门为12V/24V蓄电池充电设计，具有恒压、恒流、涓流浮充、充满自动停止、抗短路等功能特性，DC14V/28V充电自动转换式，操作简单，能够有效防止因操作失误而造成的蓄电池、充电器损坏：是目前国内唯一能够自动检测充电电压、电流、并实现自动切换的充电装置。

附图说明

图1为本发明的结构连接框图。

图2为本发明中启动装置内部的电路框连接图。

图3为本发明中充电装置内部的电路框连接图。

图4为本发明中充电装置的充电特性曲线图。

图5为本发明中充电装置的电气原理图。

图6为本发明中启动装置的电气原理图。

图7为本发明启动、充电装置的接线图。

图8为本发明中充电装置的电路图。

具体实施方式

如图1、2、3所示，该启动、充电装置用于实现装备快速启动和在野外条件下对蓄电池进行充电，其包括启动装置和充电装置，所述启动装置输入外部三相交流电，控制耦合于启动装置上的待启动设备；

所述充电装置输入外部三相交流电，控制耦合于充电装置上的蓄电设备；

所述的启动装置包括通过断路器QF连接在三相交流电输入端的浪涌抑制电路、三相整流滤波电路、DC/DC高频变换电路、PWM调节控制电路、驱动电路、及电源保护电路，其特征在于：三相交流电经三相整流滤波电路成直流后传送至DC/DC高频变换电路，通过该DC/DC高频变换电路将直流转换成25KHz高频脉冲方波输出，PWM调节控制电路和驱动电路对DC/DC高频变换电路控制进行降压传输，经该PWM调节控制电路传输降压后，再经整流滤波电路的整定传输至输出端提供给待启动设备。

所述启动装置其内部接线为三相交流电输入经QF电源输入开关向启动装置提供电源，电源保护电路对供电电源进行保护，浪涌保护，主要应用于对大电流输入脉冲时，启动装置的稳压保护。

经三相整流滤波整流成直流为IGBT逆变器供电，通过逆变电路将直流变成25KHz高频脉冲方波，经PWM调节控制电路传输降压，最终由高频整流电路、整流滤波，整定为需要的直流电源，为待启动设备提供电源。

温控电路用于检测启动装置内部的温度，当温度升至额定设定值时，启动风机进行散热。

所述的充电装置包括交流滤波电路、整流滤波电路、DC/DC变换电路、第一直流滤波电路、UC稳压电路、电压反馈电路、二次斩波电路、第二直流滤波电路及单片机控制电路，外部电源依次经过交流滤波电路、整流滤波电路、DC/DC变换电路、第一直流滤波电路、二次斩波电路、第二直流滤波电路为蓄电池输出充电，UC稳压电路控制输出至DC/DC变换电路，经第一直流滤波电路还与电压反馈电路相连通，UC稳压电路再与电压反馈电路相连接构成闭环回路，第一直流滤波电路连接于单片机控制电路为其提供工作电源，其特征在于：还具有用于检测、判定蓄电设备电压的电压采样电路，其输入端连接于该充电装置输出端，将采集的电压数据传输至单片机控制电路进行分析处理，再将分析处理的数据传送至二次斩波电路控制其输出；在第二直流滤波电路输出端连接有输出采样电流电路，再将采集的输出电流数据传输至单片机控制电路进行分析处理，再将分析处理的数据传送至二次斩波电路控制其输出；在单片机控制电路上连接有过压、短路保护电路。

所述的启动装置中的DC/DC高频变换电路其一端（38）连接有温控电路，该温控电路的输出端与启动风机相连接。

所述的PWM调节控制电路上依次连接有状态控制转换电路和电流电压采样电路。

所述的充电装置内部的电路板采用环氧树脂灌封。

所述的充电装置通过电压采样电路检测采集蓄电设备的电压在送入运算放大电路经单片机控制电路来判定是12V或者24V，并控制电路输出所需的电压，当蓄电设备的电压为12V电压时，该充电装置以13.8V的恒压输出充电；

当蓄电设备的电压为24V电压时，该充电装置以27.6V的恒压输出充电。

所述的充电装置包括如下状态进行充电：

（1）恒流快充

当被充蓄电设备的电压低于设定值，即12V蓄电设备的电压<12V或者24V蓄电设备的电压<24V时，充电装置以最大的恒定的电流对蓄电设备进行快速充电。

（2）限流

当被充的蓄电设备接近充满时，即12V蓄电设备的电压≥12V或者24V蓄电设备的电压≥24V时，充电流自动进行限制。

（3）涓流浮充

当被充的蓄电设备的电压达到浮充设定值时，即12V蓄电设备约为13.8V或者24V蓄电设备约为27.6V时，则自动转为浮充状态，即以0.1—0.2A的电流进行充电。

（4）停充

当蓄电蓄电设备的电压达到充盈设定值，即12V蓄电设备的电压为14V或者24V蓄电设备的电压为28V时，充电装置则自动关断充电输出。

所述的充电装置的电压检测电路内部设有两个电压比较器，充电电压经分压电阻进行分压反馈。

如图8所述的充电装置内部的电路连接为交流电输入经D1-D4桥式整流、C5滤波器滤波，取得+300V电压，向V1开关管、V2开关管的变换电路供电。

IC1开关电源集成电路外接定时器，决定锯齿波振荡器的震荡频率，当电压大于锯齿波电压时， IC1开关电源集成电路的输出脉宽将变窄，从而实现充电电流控制。输入信号变化，经片内电路处理后，输出一对大小相等，相位180度，脉宽可变的方波，有变压器耦合至功率开关变换电路的向V1开关管、V2开关管。

充电状态指示电路由IC2双运放集成电路和发光二极管构成，IC2接成两个电压比较器，由充电电流取样电压变换信号，显示充电指示状态。

电源电压检测，是通过检测电池的电压送入运算放大来判定是12V还是24V电池，以实现对12V电池充电时充电器以13.8V的恒压充电, 对24V电池充电时充电器以27.6V的恒压充电。

该启动装置的相关技术成熟，配套产品齐全，所有电子元件都按军用级选用。该装置体积小，重量轻，工作可靠；环境适应能力强，在-40℃‐+46℃的温度范围内都能可靠地工作；3位数码管显示输出电压或电流值，面板有运行和故障告警指示灯，操作方便，可以短时间输出大电流启动电机。降低IGBT逆变器尺寸、重量，改变以往IGBT逆变器笨重、携带不方便、移动困难等缺点；微机与IGBT逆变器完美控制组合，最大限度的应用于不同功率、容量的带启动装备，改进了现有技术单一的对应关系；启动装置具有输出功率大、体积小、重量轻、高效节能（效率≥90%）、技术特性先进、移动方便的特点；既可用于向车辆的电启动装置供电，也可在车辆的发动机停止其间可做外电源向车辆的电气系统供电，同时还可以作为车辆启动及操作训练时的专用电源。

充电装置电压采样是通过检测电池的电压送入运算放大来判定是12V还是24V电池，以实现对12V电池充电时充电器以13.8V的恒压充电，对24V电池充电时充电器以27.6V的恒压充电。

过压、短路保护的实现是充电器内部的IC1完成，IC1内部有两个电压比较器，分别用作充电电压取样和充电电流取样。充电电压经分压电阻分压反馈，电压越高，输出脉宽越窄，充电电压越低；反之脉宽增宽，充电电压升高。从而实现恒压充电电压的目的。电流采样信号送入IC1，充电电流越大，电位越低。当电位低于接地的电位时，IC输出端将被封闭，从而实现恒流涓流、充满自停、抗短路等功能。

充电装置专门为12V/24V蓄电池充电而设计；具有恒压、恒流、涓流浮充、充满后自动停止、抗短路等功能特性，DC  14V/28V充电自动转换式，操作简单，能有效防止操作失误而造成蓄电池、充电器损坏；采用软开关设计，是目前国内唯一能够自动检测充电电压、电流，并实现自动切换的通用型智能充电器。其内部电路芯片采用军用级芯片，且整体电路板用环氧树脂灌封，使装置具有卓越的防潮，防腐蚀，抗振动性能。

内部的过流及短路保护装置具有完善的过流及短路保护，由于本装置具有恒流特性，所以当出现电池容量很大（内阻极小）、负荷短路或在市电充电期间同时启动其他设备（此时启动电流非常大，对于充电器而言是接近短路）也不会损坏。同时，由于产品的这个特性，所以当蓄电池作为启动电源使用时充电器无需断开。

Claims (3)

1.一种启动、充电装置，用于实现装备快速启动和在野外条件下对蓄电池进行充电，其包括启动装置和充电装置，

所述启动装置输入外部三相交流电，控制耦合于启动装置上的待启动设备；

所述充电装置输入外部三相交流电，控制耦合于充电装置上的蓄电设备，

所述的启动装置包括通过断路器QF连接在三相交流电输入端的浪涌抑制电路、三相整流滤波电路、DC/DC高频变换电路、PWM调节控制电路、驱动电路、及电源保护电路；

所述的充电装置包括交流滤波电路、整流滤波电路、DC/DC变换电路、第一直流滤波电路、UC稳压电路、电压反馈电路、二次斩波电路、第二直流滤波电路及单片机控制电路，外部电源依次经过交流滤波电路、整流滤波电路、DC/DC变换电路、第一直流滤波电路、二次斩波电路、第二直流滤波电路为蓄电池输出充电，UC稳压电路控制输出至DC/DC变换电路，经第一直流滤波电路还与电压反馈电路相连通，UC稳压电路再与电压反馈电路相连接构成闭环回路，第一直流滤波电路连接于单片机控制电路为其提供工作电源，

其特征在于：所述的启动装置中，三相交流电经三相整流滤波电路成直流后传送至DC/DC高频变换电路，通过该DC/DC高频变换电路将直流转换成25KHz高频脉冲方波输出，PWM调节控制电路和驱动电路对DC/DC高频变换电路控制进行降压传输，经该PWM调节控制电路传输降压后，再经整流滤波电路的整定传输至输出端提供给待启动设备，所述的PWM调节控制电路上依次连接有状态控制转换电路和电流电压采样电路；

所述的充电装置通过电压采样电路检测采集蓄电设备的电压再送入单片机控制电路内经单片机控制电路来判定是12V或者24V，并控制电路输出所需的电压，

当蓄电设备为12V电压时，该充电装置以13.8V的恒压输出充电；

当蓄电设备为24V电压时，该充电装置以27.6V的恒压输出充电；

所述的充电装置中，还具有用于检测、判定蓄电设备电压的电压采样电路，其输入端连接于该充电装置输出端，将采集的电压数据传输至单片机控制电路进行分析处理，再将分析处理的数据传送至二次斩波电路控制其输出；在第二直流滤波电路输出端连接有输出采样电流电路，再将采集的输出电流数据传输至单片机控制电路进行分析处理，再将分析处理的数据传送至二次斩波电路控制其输出；在单片机控制电路上连接有过压、短路保护电路；

所述的充电装置内部的电路板采用环氧树脂灌封。

2.根据权利要求1所述的启动、充电装置，其特征在于：所述的启动装置中的DC/DC高频变换电路共有四端，其中一端连接有温控电路，该温控电路的输出端与启动风机相连接，一端连接三相整流滤波电路，一端连接整流滤波电路，一端连接有PWM调节控制电路及驱动电路。

3.根据权利要求1所述的启动、充电装置，其特征在于：所述的充电装置包括如下状态进行充电：

（1）恒流快充

当被充蓄电设备的电压低于设定值，即12V蓄电设备的电压<12V或者24V蓄电设备的电压<24V时，充电装置以恒定的电流对蓄电设备进行快速充电；

（2）限流

当被充的蓄电设备接近充满时，即12V蓄电设备的电压≥12V或者24V蓄电设备的电压≥24V时，充电流自动进行限制；

（3）涓流浮充

当被充的蓄电设备的电压达到浮充设定值时，即12V蓄电设备的电压约为13.8V或者24V蓄电设备的电压约为27.6V时，则自动转为浮充状态，即以0.1—0.2A的电流进行充电；

（4）停充

当蓄电设备的电压达到充盈设定值，即12V蓄电设备为14V或者24V蓄电设备为28V时，充电装置则自动关断充电输出。